Análisis CFD del porcentaje de disipación de energía en rápidas escalonadas con flujo rasante para caudales pluviales de las zonas norte, centro y sur de la cuidad de Quito

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Title: Análisis CFD del porcentaje de disipación de energía en rápidas escalonadas con flujo rasante para caudales pluviales de las zonas norte, centro y sur de la cuidad de Quito
Authors: Castrillón Rosero, Carlos David
Tipán Tipán, Wilson Andrés
Advisor: Heredia Hidalgo, Byron Andrés
Abstract: The study evaluates semi-empirically and numerically the skimming flow behaviour and energy dissipation of three proposed stepped chutes for peak storm flows in southern, central and northern areas of Quito. An algorithm was developed to technically design the proposed structures by semi-empirical expressions, evaluating the percentage of energy dissipation and corroborating the consistency of these results with those obtained from a CFD numerical analysis. The results obtained show a similarity between the percentage of energy dissipation obtained in the numerical simulation and that calculated theoretically/semiempirically for the proposed flow rates (Q1 = 12.35 m3/s, Q2 = 11.71 m3/s, Q3 = 6.83 m3/s). A correct development of the skimming flow, aeration phenomenon, location of the inception point and similar theoretical-numerical remaining energy was verified. Some limitations were observed in the semi-empirical algorithm for small flow rates that lead to poor aerated flow development. Nevertheless, this study represents a contribution to the pre-design of stepped structures with skimming flow for various flow rates and terrain conditions.
Translated abstract: El estudio evalúa semiempírica y numéricamente el comportamiento del flujo rasante y disipación de energía de tres propuestas de rápidas escalonadas para caudales pluviales pico en zonas sur, centro y norte de Quito. Se desarrolló un algoritmo para prediseñar las estructuras propuestas mediante expresiones semiempíricas, evaluando el porcentaje de disipación de energía y corroborar la coherencia de resultados con los obtenidos mediante un análisis numérico CFD. Los resultados obtenidos evidencian una similitud entre el porcentaje de disipación de energía obtenido en la simulación numérica y la calculada de manera teórica/semiempírica para los caudales propuestos (Q1 = 12.35 m3/s, Q2 = 11.71 m3/s, Q3 = 6.83 m3/s). Se verificó un correcto desarrollo de flujo rasante, aireación en el flujo, punto de incepción y energía remanente teórico-numérico similares. Se observaron limitaciones en el algoritmo semiempírico para caudales pequeños que provocan un desarrollo deficiente del flujo aireado. No obstante, este estudio representa un aporte para el prediseño de estructuras escalonadas con flujo rasante para diversos caudales y condiciones de terreno.
Keywords: INGENIERÍA CIVIL
ESTADÍSTICA
FUERZA Y ENERGÍA
CAUDALES
PLUVIOMETRÍA
Issue Date: Feb-2023
URI: http://dspace.ups.edu.ec/handle/123456789/24261
Language: spa
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